Evolução da estrutura porosa e características fractais de carvões de diferentes graus sob a ação de CO2-H2O supercrítico

SONG XUEMEI ,  

ZHANG KUN ,  

DONG LIANG ,  

MA MENGYA ,  

LIU HUIHU ,  

XU HONGJIE ,  

WANG ZHI ,  

摘要

A injeção de CO2 em camadas profundas de carvão para fortalecer a extração de gás de carvão possui benefícios ambientais e econômicos, apresentando amplas perspectivas de desenvolvimento. Para investigar as alterações na estrutura do carvão após a injeção de CO2 em diferentes tipos de carvão, foram selecionadas 5 amostras com diferentes índices máximos de refletância vitrinita (Ro, max), realizando experimentos de injeção de CO2 supercrítico sob condições de temperatura e pressão simulando profundidade de enterramento de 1500 m. As alterações na estrutura da porosidade das amostras de carvão antes e depois da injeção foram analisadas por difusão de N2 a baixa temperatura e por porosimetria por mercúrio, comparando quantitativamente o grau de alteração por meio da teoria fractal. Os resultados da adsorção de N2 mostraram que o volume dos poros nas amostras diminuiu primeiro e depois aumentou com o aumento do grau do carvão após a ação do CO2-H2O supercrítico, formando um ponto de inflexão no carvão coqueificável, com o maior aumento de volume poroso na fase microporosa (diâmetro dos poros entre 0~2 nm). As variações do volume dos poros medidas pela porosimetria por mercúrio são mais complexas, apresentando aumentos significativos nos poros de transição (diâmetro >2~50 nm) e nas fissuras (diâmetro dos poros maior que 1000 nm), devido à reação do CO2-H2O supercrítico que aumenta os poros não eficazmente conectados no carvão, melhorando a conectividade local das amostras; algumas amostras apresentaram tendência de diminuição do volume total de poros após a reação, possivelmente relacionada ao bloqueio dos poros por minerais desprendidos. A análise fractal dos parâmetros de porosidade antes e depois da reação indicou que as alterações na estrutura porosa dependem das características do carvão; carvões de baixo e alto grau apresentaram maiores variações no volume dos poros após a reação, e quanto maior o teor mineral, maior o grau de alteração. Este estudo ajuda a compreender mais profundamente o efeito da injeção de CO2 em camadas profundas de carvão na remodelação da estrutura porosa do carvão, podendo servir de referência para a seleção de locais para projetos de armazenamento geológico de CO2 e de desenvolvimento aprimorado de gás de carvão (CO2-ECBM).

关键词

CO2 supercrítico;CO2-ECBM;grau do carvão;variação da porosidade;fractais

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